关于替代燃料产业的发展

关于替代燃料产业的发展
随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，我国汽车行业已进入高
速发展时期，以汽油和柴油等成品油为主的燃料油消费迅速增加，国内石
油资源和生产满足不了需求，大量依靠石油进口，成为国家能源安全的主
要问题。

依托国内可靠资源的供应体系，开发廉价、清洁的车用替代燃料，是
确保我国的能源供应安全和环境清洁的根本途径。

汽车的主要燃料是从石
油中提炼出来的柴油和汽油。

作为我国能源与环境研究中的重大和紧迫的
课题，必须针对我国自然条件和能源资源特色，逐步改变汽车能源结构，
发展清洁代用燃料，在发动机上实现高效、低污染的燃烧，控制汽车发动
机有害排放对我国大气质量带来的日趋严重的影响。

首先看看国内外各种清洁代用燃料及其技术发展趋势。

1、液化石油气和天然气。

压缩天然气（CNG）和液化石油气（LPG）
由于具有的低污染物排放被认为是内燃机的较理想代用燃料，已经被成功
地应用于汽油机。

天然气的主要成份是甲烷(一般为83%～99%)及少量其
他烃类、CO2等，具有较高的辛烷值，抗爆性能好，与汽油相比，燃烧更
完全。

天然气汽车可以降低40%的HC排放，50%的CO排放，采用缸内直
喷和稀薄燃烧技术可进一步提高发动机效率，符合各国有关的环境排放标准。

天然气因为其良好的排放特性及丰富的储量而成为各种代用燃料的首选。

压缩天然气是目前车用天然气燃料的主要储存方式，在汽车上使用的
主要缺点是储气瓶占用体积大。

液化石油气作为车用燃料主要成份是丙烷、丁烷和少量烯烃和戊烷，储存方式是液态。

其辛烷值较高，燃料费比酒精、汽油、柴油等便宜，CO、NOx等有害排放量低于汽油排放，基本上消除黑
烟和颗粒物。

3、氢气。

氢气(H2)长期来主要用作宇宙飞行器发射和推进的燃料。

作为汽车燃料，氢气辛烷值高，发动机热效率高，发动机可稳定燃烧，点
火能量低，且火焰传播速度快，低温下易起动，其燃烧生成物主要是水和NOx，不产生HC、CO和碳烟排放。

氢的主要缺点是储运性能很差，以液态
方式储存时成本高，不适宜长期储存。

从水制取氢有电解法、热化学法、
光解法及微生物法，这些制氢方法的成本及能耗都较高、难以进行大规模
制取氢燃料，因此必须在解决生产成本、储存运输等难题后，氢气才能走
向实用。

4、醇类燃料。

醇类燃料包括甲醇和乙醇。

20世纪80年代一些国家
发现醇类燃料不仅可以替代石油，且尾气排放物更低，激发了使用醇类燃
料的热情。

甲醇可从煤、天然气和油页岩制取。

甲醇作为汽车燃料，具有
辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点。

甲醇燃料自身含氧，在发动机
燃烧中可提高氧燃比，CO和HC的排放较汽油和柴油低，几乎无碳烟排放；另外，由于汽化潜热高，可降低进气温度，提高充气效率，使最高燃烧温
度低，发动机的NOx排放较低。

乙醇可利用发酵的方法，从甘蔗、玉米、
薯类等农作物及木质纤维素中提取，这些原料不仅储量大且是可再生能源。

乙醇燃料以掺烧或纯烧方式已成功地用于汽油机上，在巴西、美国已应用
许多年，技术上已十分成熟。

乙醇在柴油机上应用，要对燃烧系统做较大
改动。

目前国外有关机构正在研制乙醇与柴油互溶的柴油醇，将具有很大
潜力。

存在的问题是乙醇制取能耗较大、成本较高，约为汽油的两倍，需
在生产技术上寻求突破，降低能耗和成本。

5、二甲醚。

二甲醚简称DME，是一种含氧燃料，它无毒性，常温时
可在五个大气压下液化，具有与液化石油气相似的物性。

二甲醚具有优良
的压燃性，非常适合用作为柴油机的代用燃料。

国内外相关研究表明燃用
二甲醚燃料的发动机，在对原柴油机的燃油系统进行必要改造后，在保持
原柴油机高热效率前提下，可使NOx有大幅度降低，碳烟排放为零，发动
机燃烧噪声降低。

使发动机有害排放达到世界上最严格的美国加州超低排
放车标准。

二甲醚燃料是实现柴油机汽车高效率、低噪声、超低排放的十
分理想的洁净代用燃料。

二甲醚燃料汽车技术已引起各国高度重视，纷纷
开始研制开发。

二甲醚燃料的制取可以煤、天然气、生物有机物等为原料
产生合成气，先制得甲醇，进一步脱水制成二甲醚。

6、生物燃料。

生物燃料是指从农作物或动物的脂肪中提取的可再生
燃料。

目前，已研制成功并投入使用的植物油型燃料有菜籽油、棉籽油、
棕榈油、豆油、甲醇酯混合油等。

将植物油和动物脂肪与酒精反应，脱去
甘油三酸脂转变成甲酯或乙基酯之后就可以在柴油机上使用，这些酯类物
被称“生物柴油”。

生物柴油中的富氧可以加快燃烧速度，减少CO、HC
和微粒排放。

一般的酯化燃料十六烷值较高，燃料的性质与轻柴油接近，
但发动机喷油系统金属会受到甲酯的腐蚀。

生物燃料是一种可再生能源，
特别在环境效益上，生物质生产过程中会吸收大气中的CO2，有助于减轻
地球室温效应。

在能源资源上，我们的国情是“富煤、少气、缺油”，丰富的煤炭资
源是可以依靠的主体能源。

据世界能源理事会的预测，全球一次能源资源
的可开采年限分别为：石油39年，天然气60年，煤211年。

在世界已探
明的储量中，中国石油占2.7％，天然气占0.9％，而煤炭却占15％。

可
见我国石油和天然气资源严重不足。

中国国土资源部经过反复计算和论证，截至2002年年底，中国探明可直接利用的煤炭储量1886亿吨，人均探明
煤炭储量145吨，按人均年消费煤炭1.45吨，即全国年产19亿吨煤炭计算，可以保证开采上百年，我国煤炭是中长期发展中可以依靠的能源资源。

相比较而言，我国天然气和石油液化气资源有限，不可能大规模作为
车用燃料，而且需要建设新的储存、运输和分配系统，汽车也需要进行适
当改造。

氢气是洁净能源，将来可以作为燃料电池车的燃料。

我国人口众多，可耕面积相对较少，植物油脂和可再生燃料如乙醇燃料不太可能大规
模生产出廉价的代用燃料，但在某些区域可作为代用燃料。

因此，利用我
国相对丰富的煤炭资源，发展煤基替代燃料，即以煤炭转化为烃类或醇醚
类清洁替代燃料，是解决我国日益增长的车用燃料消费的主要途径，是实
现我国可持续发展战略的重要保障。

煤转化为车用替代燃料主要有两种途径：一是煤基液体燃料合成技术
即“煤变油”技术；二是煤转化为醇醚燃料。

针对我国现状，通过煤液化合成油是实现我国油品基本自给的现实途
径之一，走煤炭液化合成油的道路是解决能源危机最有效的可行途径。

2001年科技部“863计划”和中国科学院联合启动了“煤变油”重大科技
项目。

中科院山西煤化所正在进行中试研究开发，取得了很大的进展。

今
后5到10年，我国将加快推进“煤变油”的产业化进程。

要从战略高度
而不仅仅是从经济利益角度看待“煤变油”。

从煤炭价格、人工成本和使
用国产化设备等因素考虑，中国“煤变油”技术每桶合成油产品的成本可
以控制在20美元左右，低于欧佩克规定的每桶30美元的价格。

“煤变油”产业化需要庞大的资金投入。

从中试到产业化，必须经过万吨级示范项目
的试验，建设一个万吨级示范厂，投资需要6-7亿元；而产生经济效益的
百万吨级装置需要投资上百亿元；只有合成油总量达到1亿吨左右，才能
说对国家能源安全有了积极影响。

因此，必须理性对待煤变油。

在我国，“煤变油”已经成为热潮，我们对此要少些盲目，多些理性，只有技术进
一步创新，把成本降下来，才有能力做更多这样的项目；只有形成公司化、
市场化运行机制，企业才能介入到技术开发当中，煤液化技术开发才能进
入良性轨道。

煤基醇醚燃料是切实可行的代用燃料。

煤基醇醚燃料是以煤为基础原料，将合成气在一定温度和压力下催化转化为甲醇、二甲醚等醇醚燃料。

煤基醇醚燃料元素利用率高、技术成熟、工业运行经验丰富，含氧燃料环
保性好，热效率高，适应性强，是解决目前我国能源安全问题的最有效途径。

与煤液化合成油的工艺技术相比，醇醚燃料的合成技术更为成熟可靠。

醇醚燃料具有原料消耗少，成本低，投资少，规模灵活，具有很强的经济
实用性。

经过多年的示范运行，我们对甲醇燃料的安全性、环保性、经济
性有了深入的认识：
甲醇燃料的安全性好。

甲醇有一定毒性，对人体健康有影响,总的看
甲醇燃料要比汽油对人体健康危害小。

甲醇燃料使用中有甲醇蒸气产生，
低浓度的甲醇蒸气要比汽油蒸气的毒性小，高浓度时二者相当。

甲醇属大
宗化工产品，甲醇生产和应用企业很少出现甲醇中毒事故，通过掌握科学
的操作和使用技术，不会对人体健康造成影响。

山西省在甲醇车试运行中，连续数年委托有关医院对甲醇燃料车司乘人员、加注、储运甲醇的人员进
行定期体检，未发现因甲醇引起的健康异常和病。

甲醇燃料环保性强。

燃料甲醇是公认的清洁能源，辛烷值高，燃烧性
能好。

和汽油相比，甲醇是比较纯的化合物，不含硫、N及其他复杂有机
化合物，含氧量高，燃烧充分，尾气排放中CO，CH，SO2，NOx和固体悬
浮颗粒等污染物很少。

尾气中有害物质碳氢化合物如苯、芳香烃等更少。

山西省定期对参与示范的各种甲醇燃料车辆进行尾气测定，常规排放完全
符合国家标准，达到并超过欧Ⅱ指标。

甲醇车排放的甲醛量略大于经三元
催化后的汽油车，现已研究出甲醇汽车尾气催化器，可将甲醛降低到汽油
车相同水平。

甲醇燃料经济性高。

经济性是燃料甲醇与甲醇汽车能否实现市场化的
关键。

实践证明，甲醇汽车（以中巴车为例）使用低比例M15、高比例
M85、全甲醇M100每吨燃油费分别比同型号汽油车低194元、764元、
900元。

高比例多点电喷甲醇发动机比同型号规格的常规汽油机制造成本
仅增加3000元，在用车改装全甲醇（M100）燃烧装置费用为4000元，但
综合运营成本比普通汽油车低。

目前销售一吨M15的93#甲醇汽油比销售
一吨93#汽油给企业多带来效益121元，因此中石化、中石油两大系统参
与甲醇汽油配销和推广的积极性很高。

同时燃料甲醇的生产也具有很强的
比较优势，高硫煤“多联供”制甲醇和焦炉气制甲醇成本在850元左右，
最具实施的条件，最具广阔的市场前景，吸引了许多煤焦行业的民营资本
进入，符合我国的国情和可持续发展战略。

山西省作为煤炭大省，一直高度重视煤基替代燃料的研究发展。

改革
开放以来，山西省政府从国家能源战略、环境战略和可持续发展战略出发，在国家有关部委的帮助下，制订了切合实际的规划和实施方案，配套出台
了相关的政策，先后实施了4项工程：一是与美国福特公司合作开展软科
学课题研究,即富煤地区的煤转化成汽车燃料的经济（Economic）、环保（Environment）和能源利用（Energy）的生命周期的研究（即3E研究），得出了在山西省及其它富煤地区把煤转化为汽车燃料是重要选择的结论。

二是重点抓了低比例掺烧和高比例甲醇汽车示范运营。

从2002年起，在
太原、阳泉、临汾、晋城等四个城市进行低比例甲醇掺烧示范推广工作。

2003年全省共有48.26万辆次车加注了甲醇汽油，涉及近50种车型，使
用甲醇汽油1.2万吨。

在汽油中低比例掺烧甲醇，较好地解决了甲醇作为
车用替代燃料的技术性、安全性等方面问题。

三是在高比例甲醇汽车示范
运营方面，山西省承担了科技部国家清洁汽车行动计划“甲醇燃料汽车示范工程”。

该工程分为大同示范区和晋中示范区。

晋中示范区已经有三条公交示范线车队投入运营。

承担大同示范区责任的云岗汽车集团公司，开发了全甲醇（M100）燃烧装置，在省内外改装在用车数量已达1000台以上；还研发了灵活燃料汽车，至今已单车安全行驶35万公里。

科技攻关不断取得新成果，榆次新天地发动机制造有限公司研发的M85—495JIQ型和CA6GH—M型多点电喷甲醇发动机是示范工程的主要车用动力，2003年完成了国家级检测。

四是山西省坚持资源综合利用和老企业技术改造相结合的原则,积极推进燃料甲醇生产项目的发展。

参照中、美两国合作进行的“3E”研究成果中对煤制燃料甲醇的几种方案进行综合比较后的结论，采用高硫煤“多联供”制甲醇和焦炉气制甲醇最具发展潜力，目前，已开工建设项目的能力为30万吨，申请立项的项目约225万吨。

其中绝大部分采用焦炉气制甲醇和高硫煤“多联供”制甲醇。